CN109255425A

CN109255425A - 一种光子计数器

Info

Publication number: CN109255425A
Application number: CN201811149233.2A
Authority: CN
Inventors: 刘红娟
Original assignee: Zhenjiang Microcore Photonic Technology Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Microcore Photonic Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-29
Filing date: 2018-09-29
Publication date: 2019-01-22

Abstract

本发明公开了一种光子计数器，包括光子倍增管、前置放大器、分频器、比较器以及脉冲计数电路；脉冲计数电路包括BCD同步加计数器、数码管驱动电路以及数码管；光子倍增管连接前置放大电路；所示前置放大电路连接分频器电路，分频器电路的输出端连接比较器的输入端；比较器的输出端输出脉冲信号输入到BCD同步加计数器的输入端，BCD同步加计数器的输出端连接数码管驱动电路的输入端，数码管驱动电路的输出端连接数码管。本发明采用BCD同步加计数器和数码管驱动电路驱动数码管显示，元件数量少，适用于仅需提示光照的环境或较为简单的计数环境；本装置应用灵活元件简单，应用范围更广。

Description

一种光子计数器

技术领域

本发明涉及一种光子计数器，属于光子检测技术领域。

背景技术

随着近代科学技术的发展，人们对极微弱光的信息检测产生越来越浓厚的兴趣。单光子探测技术再高分辨率的光谱测量，非破坏性物质分析，高速现象检测，精密分析，大气测污，生物发光，放射探测，高能物理，天文测光，光时域反射，量子密钥分发系统等领域有着广泛应用。

光子计数器是一种基于直接探测量子限理论的极微弱光脉冲检测设备。它利用光电倍增管的单光子检测技术，通过对电子计数器鉴别并测量单位时间内的光子数，从而检测离散微弱光脉冲信号功率。根据对外部扰动的补偿方式，光子计数器分为三类：基本型、背景补偿型和辐射源补偿型。

现有技术的光子计数器的元件较多，成本较高不适合应用在低成本或精度要求不高的场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光子计数器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种光子计数器，包括光子倍增管、光耦隔离器、放大电路、脉冲计数电路；所述脉冲计数电路包括BCD同步加计数器、数码管驱动电路以及数码管；

所述光子倍增管连接光耦隔离器；所述光耦隔离器的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端输出信号输入到BCD同步加计数器的输入端，所述BCD同步加计数器的输出端连接数码管驱动电路的输入端，所述数码管驱动电路的输出端连接数码管。

进一步地，所述光耦隔离器光耦可控硅，所述光耦可控硅的输入端包括第一电阻R13、第二电阻R14、三极管Q2以及第三电阻R10；

第一电阻R13的一端接光子倍增管输出信号、另一端接三极管Q2的基极；三极管Q2的基极通过第二电阻R14连接到GND；三极管Q2的集电极连接光耦可控硅的输入端负极；光耦可控硅的输入端正极通过第三电阻R10连接到VCC。

进一步地，所述BCD同步加计数器采用CD4518芯片。

进一步地，所述数码管驱动电路采用CD4543芯片。

进一步地，还包括单片机，比较器的输出端输出的脉冲信号输入到单片机的计数器输入引脚，将单片机的工作模式开启为定时器模式。

再进一步地，还包括蜂鸣器。

进一步地，所述单片机采用51系列单片机。

进一步地，还包括显示器，所述显示器的输入端连接单片机的输出引脚。

本发明所达到的有益效果：

本发明采用光耦可控硅进行了隔离控制其是线性光耦，避免了非线性光耦可能使振荡波形变坏的情况，从而减小了干扰；

BCD同步加计数器和数码管驱动电路驱动数码管显示，元件数量少，适用于仅需提示光照的环境或较为简单的计数环境；

本发明同时采用了单片机进行进一步计数，并加入了显示屏模块，用于显示具体计数值并在软件中设置阈值，当技术值超过阈值时单片机驱动蜂鸣器报警。本装置应用灵活元件简单，应用范围更广。

附图说明

图1是本发明装置具体实施例的结构示意图；

图2是本发明装置具体实施例的部分电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1示出了一种光子计数器，包括光子倍增管、光耦隔离器、放大电路、脉冲计数电路；所述脉冲计数电路包括BCD同步加计数器、数码管驱动电路以及数码管；

光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极(阳极)等组成。典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。图1所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。其主要工作过程如下：当光照射到光阴极时,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统,所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中,具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外,光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。

优选地，见附图2采用NPN管和PNP管搭建了放大电路，放大电路接在光耦可控硅后面，其工作过程如下：当脉冲信号输入高电平是，光耦可控硅导通，进而PNP管的基极电压变低，PNP管导通NPN管也导通，此时放大电路由高电平转为低电平。CD4518的CLOCK端接GND，ENABLE接输入信号，其触发方式为下降沿触发。

具体实施例中所述BCD同步加计数器采用CD4518芯片；所述数码管驱动电路采用CD4543芯片。

CD4518是一个双BCD同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十二进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～15，该CD4518计数器是单路系列脉冲输入(1脚或2脚，9脚或10脚)，4路BCD码信号输出(3脚～6脚；11脚～14脚)。

CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP(即CLOCK)输入,此时EN(即ENABLE)端为高电平“1”,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平“0”,同时复位端Cr(即RESET也为清零端)也保持低电平“0”,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。

在具体实施例中可将数片CD4518串行级联使用，串行级联时尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接USS。

CD4543，是七划管驱动芯片，只要输入BCD码就可于多种不同的数码管显示0至9，在具体实施例中如接LCD，则在Ph(Phase)输入方波脉冲，如接共阳极LED，则Ph置“1”，如接共阴极LED，则Ph置“0”，另Bl(Blanking)如果置“1”或输入0至9以外的数值，显示会空白(黑屏)，LD(Latch Disable)置“0”会锁存最近一次输入的数字，Vdd是电源正极，Vss是电源负极(接地)，具体请查看方框图及真值表：

图2示出了CD4518和CD4543连接的电路示意图。

在具体实施例中电路还可以包括单片机，比较器的输出端输出的脉冲信号输入到单片机的计数器输入引脚，将单片机的工作模式开启为定时器模式。

优选地，还包括蜂鸣器，当计数值超过单片机中设定的阈值时，由单片机驱动蜂鸣器报警。

优选的，所述单片机采用51系列单片机；例如选择82C54的模式0工作,计数器0、计数器1都工作于模式0,计数结束发出中断信号。

优选地，包括显示器，所述显示器的输入端连接单片机的输出引脚，用于显示电路的具体计数值等信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种光子计数器，其特征是，包括光子倍增管、光耦隔离器、放大电路、脉冲计数电路；所述脉冲计数电路包括BCD同步加计数器、数码管驱动电路以及数码管；

2.如权利要求1所述的光子计数器，其特征是，所述光耦隔离器光耦可控硅，所述光耦可控硅的输入端包括第一电阻R13、第二电阻R14、三极管Q2以及第三电阻R10；

3.如权利要求1所述的光子计数器，其特征是，BCD同步加计数器采用CD4518芯片。

4.如权利要求1所述的光子计数器，其特征是，所述数码管驱动电路采用CD4543芯片。

5.如权利要求1所述的光子计数器，其特征是，还包括单片机，比较器的输出端输出的脉冲信号输入到单片机的计数器输入引脚，将单片机的工作模式开启为定时器模式。

6.如权利要求4所述的光子计数器，其特征是，还包括蜂鸣器。

7.如权利要求4所述的光子计数器，其特征是，所述单片机采用51系列单片机。

8.如权利要求4所述的光子计数器，其特征是，还包括显示器，所述显示器的输入端连接单片机的输出引脚。